Скрытый слой расплавленных пород под дном океана мог существовать миллионы лет

Фото из открытых источников

Дно моря, затвердевшее 15 миллионов лет назад, — это не то место, где геологи ожидают найти расплавленную породу. Примерно столько же времени назад вулканический хребет, сформировавший земную кору под Южно-Китайским морем, затих, и стандартная модель утверждает, что когда центр спрединга отмирает, расплав под ним либо стекает, либо со временем полностью замерзает.

Новые электрические измерения, проведенные непосредственно на этом морском дне, позволяют предположить, что дело все еще не закрыто. Что-то все еще находится там, в нескольких милях от мертвого хребта. Вполне возможно, что оно там находилось с тех пор, как сам хребет был живым. 

В Южно-Китайском море когда-то существовал активный центр спрединга — разлом на морском дне, где расходились две тектонические плиты, и расплавленная порода поднималась, заполняя образовавшуюся пустоту. Этот сланцевый пласт затих примерно 15 миллионов лет назад. Оставленная им земная кора имеет возраст от 15 до 19 миллионов лет – она холодная и осела по геологическим меркам.

Группа исследователей под руководством Фань Чжана из Института океанологии Южно-Китайского моря, входящего в состав Китайской академии наук, отправилась изучать то, что находится под этим потухшим морским пластом. Результаты исследования опубликованы в журнале Communications Earth & Environment.

Они хотели выяснить, исчезла ли расплавленная вода, некогда питавшая хребет, после прекращения спрединга, или же часть ее осталась на месте.

Чтобы это выяснить, они опустили приборы на морское дно и измерили, как грунт под ними проводит электричество. Расплавленная порода проводит электричество гораздо лучше, чем твердая, поэтому погребенный слой расплава проявляется как зона, где электрическое сопротивление падает.

Метод, называемый магнитотеллурией, позволяет считывать естественные электрические и магнитные сигналы для составления карты того, что находится на глубине нескольких километров.

Полученные данные показали полосу низкого сопротивления на глубине примерно от 50 до 80 километров. Эта глубина совпадает с границей литосферы и астеносферы, разделительной линией между жесткой плитой, расположенной сверху, и более мягкой мантией, которая медленно течет под ней.

Цифры указывают на то, что в породе присутствует небольшое количество расплава, распределенное по всему объему, составляющее от одной десятой процента до чуть более одного процента.

Это не расплавленное море, а скорее тонкая, влажная губка, покрытая тонкими пленками жидкой породы на границах между твердыми зернами. Небольшие фракции, подобные этим, были обнаружены в ходе более ранних исследований других океанических бассейнов.

Доказательством, подтверждающим полученные данные, послужило второе, независимое свидетельство. Верхняя граница проводящей полосы совпала с глубиной, где температура достигла примерно 1300 ° C, то есть с точкой, где начинается плавление мантийных пород.

Это также совпало с зоной, где сейсмические волны из отдельного исследования замедляются, что является еще одним признаком расплава.

Под активными срединно-океаническими хребтами геологи видят треугольный клин расплава, поднимающийся к поверхности и плотно сконцентрированный под стыком тектонических плит. Этот сфокусированный клин — это та часть, которая извергается и формирует новую земную кору. Он является главным действующим лицом в учебниках, описывающих формирование океанического дна.

Данное исследование показывает, что клиновидная структура — это лишь половина истории. Под этой сфокусированной зоной находится второй, более широкий слой тонко распределенной расплавленной породы, покрывающий гораздо большую площадь. Эти два слоя сосуществуют, пока хребет активен, при этом острый клиновидный слой располагается над размытым пластом.

Когда команда заглянула непосредственно под сам старый пласт, проводящий сигнал стал слабым и прерывистым. Они обнаружили обедненный расплавом разрыв шириной около 60 километров, проходящий вдоль мертвой оси.

По всей видимости, сфокусированный клиновидный слой осушился, когда прекратилось распространение. А вот диффузный слой по обе стороны от него не исчез.

Это та часть, которую никто раньше четко не показывал. После того, как хребет успокоился, этот размытый слой расплава сохранялся в течение миллионов лет. Расплавленная порода, питавшая извержения, растая. А вот этот едва заметный, расположенный горизонтально слой — нет.

Это меняет первоначальное предположение команды. Расплав на этой границе может быть не остатком, исчезающим после прекращения вулканической активности. По крайней мере, часть его представляет собой прочное образование, въевшееся в плиту в процессе её формирования и переносимое под ней по мере её дрейфа. 

Полученные данные указывают на существование единственного потухшего хребта, и точная причина, по которой слой остается жидким, а не замерзает, остается открытым вопросом.

Группа исследователей интерпретирует стабильность как свидетельство того, что таяние является неотъемлемым свойством процесса формирования океанических плит, а не временной фазой, связанной с активностью в близлежащих районах.

Слабые пленки расплава на этой глубине наблюдаются под многими океаническими бассейнами уже много лет, и исследователи спорят о том, отражают ли они продолжающиеся процессы или древние.

В ходе отдельного морского исследования на Срединно-Атлантическом хребте с использованием того же электрического метода был поставлен тот же вопрос.

Данная работа предоставляет прямые доказательства того, что этот слой пережил хребт, из которого он образовался. Это имеет большое значение для того, как геологи представляют себе мягкий слой, по которому движутся тектонические плиты.

Если тонкий слой расплава постоянно находится под океаническими плитами, это может объяснить, почему эта граница так часто выглядит смазанной, даже вдали от активной вулканической активности. Активный нагрев не требуется.

Скользкость, позволяющая тектоническим плитам двигаться, возможно, частично унаследована от момента их образования.

Следующим очевидным испытанием станут другие замершие хребты. Если тот же самый погребенный пласт обнаружится и там, то объект, долгое время считавшийся локальным и временным, будет выглядеть как стандартная часть механизма, поддерживающего работу тектоники плит.